ES2636814T3 - Composite layers separated by phases and their applications - Google Patents

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Abstract

Una capa de composite que comprende: nodos de nanoclúster y nanopartículas de carbono dispuestas en una matriz polimérica conjugada, en el que las nanopartículas de carbono están substancialmente separadas de fase de la matriz polimérica conjugada formando estructuras laminares de nanofibrillas de carbono que se extienden radialmente desde los nodos de nanoclúster.A composite layer comprising: nano-cluster nodes and carbon nanoparticles arranged in a conjugated polymer matrix, in which the carbon nanoparticles are substantially separated from the phase of the conjugated polymer matrix forming laminar structures of carbon nanofibrils extending radially from the nanocluster nodes.

Description

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DESCRIPCIONDESCRIPTION

Capas de composite separadas por fases y sus aplicaciones CampoComposite layers separated by phases and their applications Field

La presente invencion se refiere a peUculas de nanocomposite y, en particular, a pelfculas de nanocomposite que muestran arquitecturas de fases separadas.The present invention relates to nanocomposite films and, in particular, to nanocomposite films showing separate phase architectures.

AntecedentesBackground

Las pelfculas delgadas organicas continuan siendo investigadas intensamente para su aplicacion en una variedad de campos que incluyen dispositivos organicos emisores de luz (OLEDs), dispositivos fotovoltaicos y fotodetectores organicos. Los materiales usados para construir dispositivos optoelectronicos organicos son relativamente baratos en comparacion con sus equivalentes inorganicos, proporcionando por ello ventajas de coste sobre los dispositivos optoelectronicos fabricados con materiales inorganicos. Ademas, los materiales organicos proporcionan propiedades ffsicas deseables, tales como flexibilidad mecanica, que permiten construcciones de dispositivos no alcanzables con materiales cristalinos ngidos.Thin organic films continue to be intensively researched for application in a variety of fields including organic light emitting devices (OLEDs), photovoltaic devices and organic photodetectors. The materials used to build organic optoelectronic devices are relatively cheap compared to their inorganic equivalents, thereby providing cost advantages over optoelectronic devices made of inorganic materials. In addition, organic materials provide desirable physical properties, such as mechanical flexibility, that allow constructions of unreachable devices with nigged crystalline materials.

Las pelfculas delgadas organicas, sin embargo, tienen desventajas de rendimiento en comparacion con materiales inorganicos cristalinos. Por ejemplo, algunos dispositivos fotovoltaicos organicos muestran eficiencias de 1% o menos. Las bajas eficiencias que a menudo se muestran en los dispositivos fotovoltaicos organicos son el resultado de una discrepancia de escala severa entre la longitud de difusion del exciton (Ld) y el grosor de la capa organica. La absorcion eficiente de la radiacion electromagnetica visible requiere generalmente un grosor de pelfcula organica de 500 nm o mas. Este grosor excede en gran medida de la longitud de difusion del exciton que es tipicamente de alrededor de 50 nm, dando lugar a menudo a la recombinacion de excitones. Dada la disparidad de rendimiento, los dispositivos fotovoltaicos organicos han encontrado dificultades significativas para desafiar a los dispositivos inorganicos tradicionales.Thin organic films, however, have performance disadvantages compared to crystalline inorganic materials. For example, some organic photovoltaic devices show efficiencies of 1% or less. The low efficiencies that are often shown in organic photovoltaic devices are the result of a severe scale discrepancy between the diffusion length of the exciton (Ld) and the thickness of the organic layer. The efficient absorption of visible electromagnetic radiation generally requires an organic film thickness of 500 nm or more. This thickness greatly exceeds the diffusion length of the exciton which is typically around 50 nm, often resulting in recombination of excitons. Given the disparity in performance, organic photovoltaic devices have encountered significant difficulties in challenging traditional inorganic devices.

SumarioSummary

En un aspecto, se describen aqrn capas de composite que muestran arquitecturas de fases separadas que, en algunas realizaciones, pueden mitigar las desventajas de rendimiento de capas organicas anteriores de dispositivos optoelectronicos. Una capa organica de composite descrita aqrn comprende nodos de nanocluster y nanopartfculas de carbono dispuestas en una matriz polimerica conjugada, en la que las nanopartfculas de carbono estan substancialmente separadas de fase de la matriz polimerica conjugada formando estructuras laminares de nanofibrillas de carbono alrededor o que se extienden radialmente desde los nodos de nanocluster.In one aspect, composite layers are described that show separate phase architectures that, in some embodiments, can mitigate the performance disadvantages of previous organic layers of optoelectronic devices. An organic composite layer described here comprises nanocluster nodes and carbon nanoparticles arranged in a conjugated polymer matrix, in which the carbon nanoparticles are substantially separated from the phase of the conjugated polymer matrix forming lamellar structures of carbon nanofibrils around or which extend radially from the nanocluster nodes.

En algunas realizaciones, por ejemplo, las nanofibrillas de carbono se extienden radialmente hasta una distancia de por lo menos 500 nm o por lo menos 1 pm de los nodos de nanocluster proporcionando caminos mejorados para la disociacion y transporte de excitones.In some embodiments, for example, the carbon nanofibrils extend radially to a distance of at least 500 nm or at least 1 pm from the nanocluster nodes providing improved pathways for dissociation and transport of excitons.

En otro aspecto, se describen aqrn aparatos fotovoltaicos. Un aparato fotovoltaico comprende un primer y un segundo electrodo y una capa fotosensible colocada entre el primer y segundo electrodo, comprendiendo la capa fotosensible nodos de nanocluster y nanopartfculas de carbono dispuestas en una matriz polimerica conjugada, en el que las nanopartfculas de carbono estan substancialmente separadas de fase de la matriz polimerica conjugada formando estructuras laminares de nanofibrillas de carbono alrededor o que se extienden radialmente desde los nodos de nanocluster.In another aspect, photovoltaic devices are described here. A photovoltaic apparatus comprises a first and a second electrode and a photosensitive layer placed between the first and second electrode, the photosensitive layer comprising nanocluster nodes and carbon nanoparticles arranged in a conjugated polymeric matrix, in which the carbon nanoparticles are substantially separated phase of the conjugated polymeric matrix forming laminar structures of carbon nanofibrils around or extending radially from the nanocluster nodes.

En un aspecto adicional, se describen aqrn metodos para producir capas de composite. Un metodo para producir una capa de composite comprende mezclar nanopartfculas inorganicas, fase polimerica conjugada y nanopartfculas de carbono en un disolvente organico, agregar las nanopartfculas inorganicas en la fase polimerica conjugada para proporcionar nodos de nanocluster y separar de fase las nanopartfculas de carbono de la fase polimerica conjugada en forma de estructuras laminares de nanofibrillas de carbono alrededor de o que se extienden radialmente desde los nodos de nanocluster durante la retirada del disolvente organico.In a further aspect, methods for producing composite layers are described. One method of producing a composite layer comprises mixing inorganic nanoparticles, conjugated polymeric phase and carbon nanoparticles in an organic solvent, adding inorganic nanoparticles in the conjugated polymeric phase to provide nanocluster nodes, and separating phase carbon nanoparticles from the phase. Polymeric conjugate in the form of laminar structures of carbon nanofibrils around or extending radially from the nanocluster nodes during removal of the organic solvent.

Estas y otras realizaciones se describen adicionalmente en la siguiente descripcion detallada.These and other embodiments are further described in the following detailed description.

Breve descripcion de los dibujosBrief description of the drawings

La Figura 1 es una imagen de microscopfa electronica de transmision (TEM) de una seccion de una capa de composite segun una realizacion descrita aqrn.Figure 1 is a transmission electron microscopy (TEM) image of a section of a composite layer according to an embodiment described herein.

La Figura 2 es una imagen de TEM de una seccion de una capa comparativa formada por polfmero conjugado y nanopartfculas de carbono no empleando nodos de nanocluster.Figure 2 is a TEM image of a section of a comparative layer formed by conjugated polymer and carbon nanoparticles not using nanocluster nodes.

Las Figuras 3(a)-(d) son imagenes de TEM de secciones de capas de composite segun algunas realizaciones descritas aqrn.Figures 3 (a) - (d) are TEM images of sections of composite layers according to some embodiments described herein.

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Las figuras 4(a)-(c) son imagenes de TEM de secciones de capas de composite segun algunas realizaciones descritas aqm.Figures 4 (a) - (c) are TEM images of sections of composite layers according to some embodiments described here.

La Figura 5 es un histograma que detalla el grosor de nanofibrilla en respuesta a la carga de nanopartfculas inorganicas en capas de composite segun algunas realizaciones descritas aqm.Figure 5 is a histogram detailing the nanofibril thickness in response to the loading of inorganic nanoparticles in composite layers according to some embodiments described here.

Las Figuras 6(a)-(d) son imagenes de TEM de secciones de capas de composite segun algunas realizaciones descritas aqm.Figures 6 (a) - (d) are TEM images of sections of composite layers according to some embodiments described here.

La Figura 7 es un histograma que detalla el grosor de nanofibrilla en respuesta a la velocidad de retirada de disolvente organico en capas de composite segun algunas realizaciones descritas aqrn.Figure 7 is a histogram detailing the nanofibril thickness in response to the rate of removal of organic solvent in composite layers according to some embodiments described herein.

Las Figuras 8(a)-(b) son graficos de densidad de corriente para aparatos fotovoltaicos que emplean varias capas de composite descritas aqm con relacion a un aparato fotovoltaico comparativo.Figures 8 (a) - (b) are current density graphs for photovoltaic devices that employ several layers of composite described here in relation to a comparative photovoltaic apparatus.

Las Figuras 8(c)-(d) ilustran la EQE e IQE de un aparato fotovoltaico que emplea varias capas de composite descritas aqm con relacion a un aparato fotovoltaico comparativo.Figures 8 (c) - (d) illustrate the EQE and IQE of a photovoltaic apparatus that employs several layers of composite described here in relation to a comparative photovoltaic apparatus.

Las Figuras 9(a)-(b) son imagenes de TEM de secciones de capas de composite segun algunas realizaciones descritas aqm.Figures 9 (a) - (b) are TEM images of sections of composite layers according to some embodiments described here.

La Figura 9(c) son imagenes de TEM de secciones una capa de composite en la que no estan presentes nanopartfculas inorganicas.Figure 9 (c) are TEM images of sections a composite layer in which inorganic nanoparticles are not present.

Descripcion detalladaDetailed description

Las realizaciones descritas aqm se pueden entender mas facilmente por referencia a la siguiente descripcion detallada y ejemplos y a sus descripciones anteriores y siguientes. Los elementos, aparatos y metodos descritos aqm, sin embargo, no estan limitados a las realizaciones espedficas presentadas en la descripcion detallada y en los ejemplos. Se debe reconocer que estas realizaciones son meramente ilustrativas de los principios de la presente invencion. Numerosas modificaciones y adaptaciones seran facilmente evidentes para los expertos en la tecnica sin apartarse del alcance de la invencion.The embodiments described here can be more easily understood by reference to the following detailed description and examples and their previous and following descriptions. The elements, apparatus and methods described herein, however, are not limited to the specific embodiments presented in the detailed description and in the examples. It should be recognized that these embodiments are merely illustrative of the principles of the present invention. Numerous modifications and adaptations will be readily apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

I. Capas de compositeI. Composite layers

Se describen aqm capas de composite que muestran arquitecturas de fases separadas. Tales arquitecturas de fases separadas, en algunas realizaciones, pueden mitigar las desventajas de rendimiento de capas organicas anteriores de dispositivos optoelectronicos. Por ejemplo, las arquitecturas de fases separadas de capas de composite descritas aqm pueden proporcionar caminos mejorados para la separacion y recogida de excitones en aparatos fotovoltaicos, logrando por ello eficiencias mejoradas.Aqm composite layers that show separate phase architectures are described. Such separate phase architectures, in some embodiments, can mitigate the performance disadvantages of previous organic layers of optoelectronic devices. For example, the separate phase architectures of composite layers described here can provide improved paths for the separation and collection of excitons in photovoltaic devices, thereby achieving improved efficiencies.

Una capa organica de composite descrita aqm comprende nodos de nanocluster y nanopartfculas de carbono dispuestas en una matriz polimerica conjugada, en la que las nanopartfculas de carbono estan substancialmente separadas de fase de la matriz polimerica conjugada formando estructuras laminares de nanofibrillas de carbono que se extienden radialmente desde los nodos de nanocluster. La Figura 1 es una imagen de TEM de una seccion de una capa de composite segun una realizacion descrita aqm. Como se ilustra en la Figura 1, la seccion (10) de capa de composite comprende un cluster (11) de nanopartfculas y estructuras laminares de nanofibrillas (12) de carbono que se extienden radialmente desde el cluster (11) de nanopartfculas. En la realizacion de la figura 1, las nanofibrillas (12) de carbono estan formadas de fullereno conjugado 1-(3-metoxicarbonil)propil-1-fenil-(6,6)C61, (PCBM) separadas de fase de la matriz (13) polimerica conjugada de poli[4,4-didodecilpentaleno[1,2-b]ditiofeno-co- 5-octil-5H-tieno[3,4-c]pirrol-4,6-diona. Las nanofibrillas (12) de carbono se extienden hacia fuera desde el nanocluster (11) distancias bastante por encima de 500 nm. Ademas, la matriz (13) polimerica conjugada tambien puede formar nanofibrillas que alternan con las nanofibrillas (12) de carbono en la estructura laminar.An organic composite layer described here comprises nanocluster nodes and carbon nanoparticles disposed in a conjugated polymeric matrix, in which the carbon nanoparticles are substantially separated from the phase of the conjugated polymeric matrix forming radially extending carbon nanofiber laminar structures. from the nanocluster nodes. Figure 1 is a TEM image of a section of a composite layer according to an embodiment described here. As illustrated in Figure 1, the composite layer section (10) comprises a cluster (11) of nanoparticles and laminar structures of carbon nanofibrils (12) that extend radially from the cluster (11) of nanoparticles. In the embodiment of Figure 1, the carbon nanofibrils (12) are formed of conjugated fullerene 1- (3-methoxycarbonyl) propyl-1-phenyl- (6,6) C61, (PCBM) separated from the matrix phase ( 13) Polymeric conjugated poly [4,4-didodecylpentalene [1,2-b] dithiophene-co-5-octyl-5H-thieno [3,4-c] pyrrole-4,6-dione. The carbon nanofibrils (12) extend outward from the nanocluster (11) distances well above 500 nm. In addition, the conjugated polymer matrix (13) can also form nanofibrils that alternate with carbon nanofibrils (12) in the laminar structure.

Volviendo ahora a los componentes espedficos, una capa de composite descrita aqm comprende una matriz polimerica conjugada. La matriz polimerica conjugada puede estar formada por cualquier polfmero conjugado que funcione para participar en la formacion de estructuras laminares descritas aqm. En algunas realizaciones, por ejemplo, un polfmero conjugado apropiado muestra una energfa superficial menor que las nanopartfculas que forman el cluster de nanopartfculas. Ademas, la matriz polimerica conjugada y las nanopartfculas de carbono muestran una diferencia en las energfas superficiales suficiente para inducir la separacion de fases en presencia de los nodos de nanocluster. Por ejemplo, en algunas realizaciones, la matriz polimerica conjugada exhibe una energfa superficial menor que las nanopartfculas de carbono. Como se discute aqm adicionalmente, las energfas superficiales del polfmero conjugado se pueden alterar y/o adaptar por la presencia de cadenas laterales hidrofobas o hidrofilas del polfmero conjugado.Turning now to the specific components, a composite layer described here comprises a conjugated polymer matrix. The conjugated polymer matrix may be formed by any conjugated polymer that functions to participate in the formation of laminar structures described herein. In some embodiments, for example, an appropriate conjugated polymer shows a lower surface energy than the nanoparticles that form the cluster of nanoparticles. In addition, the conjugated polymer matrix and carbon nanoparticles show a difference in surface energies sufficient to induce phase separation in the presence of nanocluster nodes. For example, in some embodiments, the conjugated polymer matrix exhibits a lower surface energy than carbon nanoparticles. As discussed further herein, the surface energies of the conjugated polymer can be altered and / or adapted by the presence of hydrophobic or hydrophilic side chains of the conjugated polymer.

En algunas realizaciones, la matriz polimerica conjugada puede comprender politiofenos, derivados de politiofeno o sus mezclas. Los derivados de politiofeno pueden incluir mono- o di-tiofenos copulados con restos de tienopirrol, restos de benzoxadiazol o restos de benzotiadiazol. Ademas, a los politiofenos se les puede proporcionar cadenasIn some embodiments, the conjugated polymer matrix may comprise polythiophenes, polythiophene derivatives or mixtures thereof. Polythiophene derivatives may include mono- or di-thiophenes coupled with thienopyrrole residues, benzoxadiazole residues or benzothiadiazole residues. In addition, polythiophenes can be provided chains

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laterales de hidrocarburo y/o alcoxido de longitud apropiada para adaptar la ene^a superficial del poUmero para la separacion de fases y/o la interaccion con nanopartfculas de carbono formando las nanofibrillas de carbono. Las cadenas laterales de polfmero conjugado pueden ser lineales, ramificadas o dclicas y generalmente estan formadas, por lo menos, por 10 atomos de carbono. En algunas realizaciones, las cadenas laterales de hidrocarburo incorporan 12-20 atomos de carbono. La Tabla I proporciona varios politiofenos que se pueden usar en la fase polimerica conjugada segun algunas de las presentes realizaciones.hydrocarbon and / or alkoxide sides of appropriate length to adapt the surface power of the polymer for phase separation and / or interaction with carbon nanoparticles forming carbon nanofibrils. The conjugated polymer side chains can be linear, branched or cyclic and are generally made up of at least 10 carbon atoms. In some embodiments, the hydrocarbon side chains incorporate 12-20 carbon atoms. Table I provides several polythiophenes that can be used in the conjugated polymeric phase according to some of the present embodiments.

Tabla I - Politiofenos de fase polimerica conjugadaTable I - Polymerophenes of conjugated polymeric phase

Poli[4,4-didodecilpentaleno[1,2-b]ditiofeno-co-5-octil-5H-tieno[3,4-c]pirrol-4,6-diona Poli[4,8-bis(1-pentilhexiloxi)-benzo[1,2-b:4,5-b0] ditiofeno-2,6-diil-alt-2,1,3-benzoxadiazol-4,7-diilo Poli(3-ciclohexil-4-metiltiofeno)Poly [4,4-didodecylpentalene [1,2-b] dithiophene-co-5-octyl-5H-thieno [3,4-c] pyrrole-4,6-dione Poly [4,8-bis (1-pentylhexyloxy) ) -benzo [1,2-b: 4,5-b0] dithiophene-2,6-diyl-alt-2,1,3-benzoxadiazol-4,7-diyl Poly (3-cyclohexyl-4-methylthiophene)

Poli(3-ciclohexiltiofeno-2,5-diilo)Poly (3-cyclohexylthiophene-2,5-diyl)

Poli(3-deciloxitiofeno-2,5-diilo)Poly (3-decyloxythiophene-2,5-diyl)

Poli(3-octiltiofeno-2,5-diil-co-3-deciloxitiofeno-2,5-diilo)Poly (3-octylthiophene-2,5-diyl-co-3-decyloxythiophene-2,5-diyl)

Poli(3-deciltiofeno-2,5-diilo)Poly (3-decylthiophene-2,5-diyl)

Poli[(2,5-dideciloxi-1,4-fenileno)-alt-(2,5-tienileno)]Poly [(2,5-didecyloxy-1,4-phenylene) -alt- (2,5-thienylene)]

Ademas, el politiofeno de la fase polimerica conjugada puede tener una estructura seleccionada de las formulas I y II a continuacion.In addition, the conjugated polymer phase polythiophene may have a structure selected from formulas I and II below.

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en las que R1, R2 y R3 se seleccionan del grupo que consiste en alquilo de C8-C20, alquenilo de C8-C20, cicloalquilo, arilo, heteroarilo, alquilarilo, alquilheteroarilo y alquilcicloalquilo y R4, R5, R6 y R7 se seleccionan del grupo que consiste en hidrogeno, alquilo de C4-C20, alquenilo de C4-C20, cicloalquilo, arilo, heteroarilo, alquilarilo, alquilheteroarilo y alquicicloalquilo.wherein R1, R2 and R3 are selected from the group consisting of C8-C20 alkyl, C8-C20 alkenyl, cycloalkyl, aryl, heteroaryl, alkylaryl, alkylheteroaryl and alkylcycloalkyl and R4, R5, R6 and R7 are selected from the group consisting of hydrogen, C4-C20 alkyl, C4-C20 alkenyl, cycloalkyl, aryl, heteroaryl, alkylaryl, alkylheteroaryl and alkylcycloalkyl.

La matriz polimerica conjugada tambien puede estar formada por otros polfmeros conjugados o semiconductores que muestran suficiente diferencia en la energfa superficial con las nanopartfculas de carbono u otras nanopartfculas conductoras de electricidad para inducir la separacion de fases en presencia de los nodos de nanocluster. Por ejemplo, la matriz polimerica puede estar formada por polfmeros semiconductores que incluyen fenilenvinilenos, tales como poli(fenilenvinileno) y poli(p-fenilenovinileno) (PPV), y sus derivados. En algunas realizaciones, los polfmeros semiconductores pueden comprender polifluorenos, naftalenos y sus derivados. En algunas realizaciones, los polfmeros semiconductores comprenden poli(2-vinilpiridina) (P2VP), poliamidas, poli(N-vinilcarbazol) (PVCZ), polipirrol (PPy) y polianilina (PAn). En algunas realizaciones, un polfmero semiconductor comprende poli[2,6-(4,4- bis-(2-etilhexil)-4H-ciclopenta[2,1-b;3,4-b']ditiofeno)-alt-4,7-(2,1,3-benzotiadiazol)] (PCPDTBT).The conjugated polymer matrix may also be formed by other conjugated or semiconductor polymers that show sufficient difference in surface energy with carbon nanoparticles or other electrically conductive nanoparticles to induce phase separation in the presence of nanocluster nodes. For example, the polymeric matrix may be formed by semiconductor polymers that include phenylenevinylenes, such as poly (phenylenevinylene) and poly (p-phenylenevinylene) (PPV), and their derivatives. In some embodiments, semiconductor polymers may comprise polyfluorenes, naphthalenes and their derivatives. In some embodiments, semiconductor polymers comprise poly (2-vinylpyridine) (P2VP), polyamides, poly (N-vinylcarbazole) (PVCZ), polypyrrole (PPy) and polyaniline (PAn). In some embodiments, a semiconductor polymer comprises poly [2,6- (4,4- bis- (2-ethylhexyl) -4H-cyclopenta [2,1-b; 3,4-b '] dithiophene) -alt-4 , 7- (2,1,3-benzothiadiazole)] (PCPDTBT).

Como se describe aqrn, la matriz polimerica conjugada puede exhibir una energfa superficial mas baja que las nanopartfculas de carbono, dando como resultado la separacion de fases con las nanopartfculas de carbono en presencia de los nodos de nanocluster. Se pueden usar cadenas laterales hidrofobas o hidrofilas para modificar la energfa superficial de la matriz polimerica conjugada. Por ejemplo, se pueden emplear cadenas laterales de alquilo oAs described herein, the conjugated polymer matrix may exhibit a lower surface energy than carbon nanoparticles, resulting in phase separation with carbon nanoparticles in the presence of nanocluster nodes. Hydrophobic or hydrophilic side chains can be used to modify the surface energy of the conjugated polymer matrix. For example, alkyl side chains or

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alquenilo ramificado para reducir el componente polar de la energfa superficial del poKmero conjugado. En algunas realizaciones, las matrices polimericas conjugadas apropiadas tienen un componente polar que contribuye de 1% a 9% a la energfa superficial total del polfmero. En algunas realizaciones, el componente polar del polfmero conjugado apropiado contribuye al 1-5% de la energfa superficial total del polfmero.branched alkenyl to reduce the polar component of the surface energy of the conjugated polymer. In some embodiments, the appropriate conjugated polymeric matrices have a polar component that contributes 1% to 9% to the total surface energy of the polymer. In some embodiments, the polar component of the appropriate conjugated polymer contributes 1-5% of the total surface energy of the polymer.

La matriz polimerica conjugada puede estar presente en la capa de composite en cualquier cantidad que no sea incompatible con los objetivos de la presente invencion. La matriz polimerica conjugada, por ejemplo, puede estar presente en la capa de composite en una cantidad de 20-80% en peso. En algunas realizaciones, la matriz polimerica conjugada esta presente en una cantidad de 30-70% en peso o 40-60% en peso.The conjugated polymeric matrix may be present in the composite layer in any amount that is not incompatible with the objects of the present invention. The conjugated polymer matrix, for example, may be present in the composite layer in an amount of 20-80% by weight. In some embodiments, the conjugated polymer matrix is present in an amount of 30-70% by weight or 40-60% by weight.

Como se describe aqm, los nodos de nanocluster estan dispuestos en la matriz polimerica conjugada. Los nodos de nanocluster se pueden formar de un material que tiene una energfa superficial mas alta que la matriz polimerica conjugada que conduce al agrupamiento del material cuando se pone en contacto con la matriz polimerica. Los nodos de nanocluster, por ejemplo, se pueden formar de nanopartfculas inorganicas. Una energfa superficial mas alta de las nanopartfculas inorganicas induce la agregacion de las nanopartfculas en nanoclusteres en la matriz polimerica conjugada. Las nanopartfculas inorganicas pueden comprender nanopartfculas metalicas, nanopartfculas de oxido metalico, nanopartfculas semiconductoras o sus mezclas. En algunas realizaciones, las nanopartfculas metalicas son nanopartfculas de metales de transicion. Adicionalmente, las nanopartfculas de oxido metalico pueden comprender oxidos metalicos de transicion. Los oxidos metalicos de transicion pueden incluir oxidos de elementos metalicos de los Grupos IIB-VIB de la Tabla Periodica. Los oxidos metalicos tambien pueden incluir oxidos de metales alcalinoterreos. En algunas realizaciones, por ejemplo, las nanopartfculas de oxido metalico son ZnO y TiO2.As described herein, the nanocluster nodes are arranged in the conjugated polymer matrix. The nanocluster nodes can be formed from a material that has a higher surface energy than the conjugated polymer matrix that leads to the grouping of the material when it is contacted with the polymer matrix. The nanocluster nodes, for example, can be formed of inorganic nanoparticles. Higher surface energy of inorganic nanoparticles induces the aggregation of nanoparticles into nanoclusters in the conjugated polymer matrix. The inorganic nanoparticles may comprise metal nanoparticles, metal oxide nanoparticles, semiconductor nanoparticles or mixtures thereof. In some embodiments, the metal nanoparticles are transition metal nanoparticles. Additionally, the metal oxide nanoparticles may comprise transition metal oxides. Transition metal oxides may include oxides of metal elements of Groups IIB-VIB of the Periodic Table. Metal oxides can also include alkaline earth metal oxides. In some embodiments, for example, the metal oxide nanoparticles are ZnO and TiO2.

Al igual que la matriz polimerica conjugada, las nanopartfculas inorganicas exhiben una energfa superficial apropiada para formar las composiciones de fases separadas descritas aquf En algunas realizaciones, las nanopartfculas inorganicas con una energfa superficial extremadamente alta, tales como las nanopartfculas de oxido de plata, evitan la formacion de estructuras de laminillas de fases separadas. Sin embargo, las nanopartfculas de energfa superficial inferior que incluyen ZnO, TO2 y especies similares, son apropiadas para las composiciones de fases separadas descritas aqufLike the conjugated polymer matrix, inorganic nanoparticles exhibit an appropriate surface energy to form the separate phase compositions described herein. In some embodiments, inorganic nanoparticles with an extremely high surface energy, such as silver oxide nanoparticles, prevent formation of lamella structures of separate phases. However, lower surface energy nanoparticles that include ZnO, TO2 and similar species are suitable for the separate phase compositions described herein.

Las nanopartfculas que forman nodos de nanocluster en la matriz polimerica conjugada pueden tener cualquier tamano y forma que no sean incompatibles con los objetivos de la presente invencion. En algunas realizaciones, las nanopartfculas de un nanocluster tienen un tamano medio que vana de 5-30 nm o 10-20 nm. Ademas, los nodos de nanocluster en la matriz polimerica conjugada pueden tener un diametro medio de 100-500 nm. Ademas, los nodos de nanocluster pueden mostrar una variedad de geometnas que incluyen forma esferica, elfptica o irregular. Los nodos de nanocluster generalmente pueden estar presentes en la matriz polimerica conjugada en una cantidad de 0,1-10% en peso. En algunas realizaciones, los nodos de nanocluster estan presentes en la matriz polimerica conjugada en una cantidad de 0,5-5% en peso.The nanoparticles that form nanocluster nodes in the conjugated polymer matrix can have any size and shape that are not incompatible with the objects of the present invention. In some embodiments, the nanoparticles of a nanocluster have an average size ranging from 5-30 nm or 10-20 nm. In addition, the nanocluster nodes in the conjugated polymer matrix can have an average diameter of 100-500 nm. In addition, nanocluster nodes can show a variety of geometries that include spherical, elliptical or irregular shapes. The nanocluster nodes can generally be present in the conjugated polymer matrix in an amount of 0.1-10% by weight. In some embodiments, the nanocluster nodes are present in the conjugated polymer matrix in an amount of 0.5-5% by weight.

Ademas de los nodos de nanocluster, las nanopartfculas de carbono tambien estan dispuestas en la matriz polimerica, en la que las nanopartfculas de carbono estan separadas de fase de la matriz polimerica conjugada que forma nanofibrillas de carbono que se extienden radialmente desde los nodos de nanocluster. En algunas realizaciones, las nanopartfculas de carbono apropiadas tienen una energfa superficial mayor que la matriz polimerica conjugada. Ademas, las nanopartfculas de carbono y la matriz polimerica conjugada muestran una diferencia en energfas superficiales suficiente para inducir la separacion de fases en presencia de los nodos de nanocluster.In addition to the nanocluster nodes, the carbon nanoparticles are also arranged in the polymer matrix, in which the carbon nanoparticles are separated from the phase of the conjugated polymer matrix that forms carbon nanofibrils that extend radially from the nanocluster nodes. In some embodiments, the appropriate carbon nanoparticles have a greater surface energy than the conjugated polymer matrix. In addition, the carbon nanoparticles and the conjugated polymer matrix show a difference in surface energies sufficient to induce phase separation in the presence of the nanocluster nodes.

Las nanopartfculas de carbono, segun algunas realizaciones, comprenden fullerenos y derivados de fullereno. Como se muestra aquf adicionalmente, 1-(3-metoxicarbonil)propil-1-fenil-(6,6)C61, (PCBM) puede servir como nanopartfculas de carbono que forman las nanofibrillas separadas de fase. Otros derivados de fullereno pueden incluir fullerenos de orden superior (C70 y superiores) y endometalo-fullerenos (fullerenos que tienen por lo menos un atomo de metal en los mismos). Las nanopartfculas de carbono tambien pueden comprender nanotubos de carbono de una sola pared (SWNT), nanotubos de carbono de paredes multiples (MWNT) o sus mezclas. Las superficies de nanopartfculas de carbono se pueden modificar con una o mas cadenas laterales para adaptar la energfa superficial de las nanopartfculas para la separacion de fases y/o la interaccion con la fase polimerica conjugada.Carbon nanoparticles, according to some embodiments, comprise fullerenes and fullerene derivatives. As shown here further, 1- (3-methoxycarbonyl) propyl-1-phenyl- (6,6) C61, (PCBM) can serve as carbon nanoparticles that form the separated phase nanofibrils. Other fullerene derivatives may include higher order fullerenes (C70 and higher) and endometalo-fullerenes (fullerenes that have at least one metal atom in them). Carbon nanoparticles can also comprise single-wall carbon nanotubes (SWNT), multi-wall carbon nanotubes (MWNT) or mixtures thereof. The surfaces of carbon nanoparticles can be modified with one or more side chains to adapt the surface energy of the nanoparticles for phase separation and / or interaction with the conjugated polymer phase.

Las nanopartfculas de carbono estan presentes en la matriz polimerica conjugada en una cantidad suficiente para formar las nanofibrillas de carbono separadas de fase. En algunas realizaciones, las nanopartfculas de carbono estan presentes en la matriz polimerica conjugada en una cantidad de 20 a 80% en peso. Las nanopartfculas de carbono pueden estar presentes en la matriz polimerica conjugada en una cantidad de 30 a 70% en peso o de 35 a 65% en peso. Ademas, las nanopartfculas de carbono pueden estar presentes en la matriz polimerica conjugada en una cantidad de 50 a 66% en peso.Carbon nanoparticles are present in the conjugated polymer matrix in an amount sufficient to form the phase-separated carbon nanofibrils. In some embodiments, carbon nanoparticles are present in the conjugated polymer matrix in an amount of 20 to 80% by weight. Carbon nanoparticles may be present in the conjugated polymer matrix in an amount of 30 to 70% by weight or 35 to 65% by weight. In addition, carbon nanoparticles can be present in the conjugated polymer matrix in an amount of 50 to 66% by weight.

Como se describe aquf, la fase de nanopartfculas de carbono se separa de la fase polimerica conjugada en presencia de los nanoclusteres que forman estructuras laminares de nanofibrillas de carbono con la fase polimerica conjugada. Las nanofibrillas se pueden extender radialmente desde los nodos de nanocluster una distancia o longitud considerable dentro de la matriz polimerica conjugada. En algunas realizaciones, las nanofibrillas seAs described herein, the carbon nanoparticles phase is separated from the conjugated polymeric phase in the presence of the nanoclusters that form laminar structures of carbon nanofibrils with the conjugated polymeric phase. The nanofibrils can extend radially from the nanocluster nodes a considerable distance or length within the conjugated polymer matrix. In some embodiments, the nanofibrils are

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extienden radialmente una distancia de por lo menos 1 pm de uno o mas nodos de nanocluster. Las nanofibrillas de carbono, en algunas realizaciones, se extienden radialmente una distancia de un nodo de nanocluster, a una distancia proporcionada en la Tabla II.They extend radially a distance of at least 1 pm from one or more nanocluster nodes. Carbon nanofibrils, in some embodiments, extend radially a distance from a nanocluster node, to a distance provided in Table II.

Tabla II - Distancia o longitud de las nanofibrillas de carbono (pm)Table II - Distance or length of carbon nanofibrils (pm)

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Ademas de la longitud, las nanofibrillas de carbono de fase separada pueden mostrar varios grosores. Por ejemplo, las nanofibrillas de carbono pueden tener grosores que vanan de 5 a 30 nm. En algunas realizaciones, las nanofibrillas de carbono tienen grosores de 10 a 20 nm o de 10 a 15 nm. Como se discute mas adelante, el grosor de las nanofibrillas de carbono se puede controlar mediante una o mas condiciones de procesamiento de la capa de composite.In addition to the length, the separate phase carbon nanofibrils can show various thicknesses. For example, carbon nanofibrils can have thicknesses ranging from 5 to 30 nm. In some embodiments, the carbon nanofibrils have thicknesses of 10 to 20 nm or 10 to 15 nm. As discussed below, the thickness of the carbon nanofibrils can be controlled by one or more processing conditions of the composite layer.

En algunas realizaciones, las nanopartfculas de carbono se pueden reemplazar por una o mas especies de nanopartfculas inorganicas para formar nanofibrillas inorganicas conductoras o semiconductoras que se extienden radialmente desde los nodos de nanocluster en la matriz polimerica conjugada. Por ejemplo, se pueden usar nanopartfculas inorganicas que muestran diferencias en energfa superficial con la matriz polimerica conjugada suficientes para inducir la separacion de fases en nanofibrillas conductoras de electricidad en presencia de los nodos de nanocluster. En algunas realizaciones tales nanopartfculas comprenden nanopartfculas semiconductoras, que incluyen nanopartfculas semiconductoras III/V y/o II/VI o puntos cuanticos. Ademas, las nanopartfculas inorganicas pueden comprender nanopartfculas metalicas, que incluyen nanopartfculas de metales de transicion.In some embodiments, the carbon nanoparticles can be replaced by one or more species of inorganic nanoparticles to form inorganic conductive or semiconductor nanofibrils that extend radially from the nanocluster nodes in the conjugated polymer matrix. For example, inorganic nanoparticles showing differences in surface energy with the polymer conjugate matrix sufficient to induce phase separation in electrically conductive nanofibrils in the presence of nanocluster nodes can be used. In some embodiments such nanoparticles comprise semiconductor nanoparticles, which include semiconductor nanoparticles III / V and / or II / VI or quantum dots. In addition, inorganic nanoparticles can comprise metal nanoparticles, which include transition metal nanoparticles.

II. Aparatos fotovoltaicosII. Photovoltaic devices

En otro aspecto, se describen aqrn aparatos fotovoltaicos. Un aparato fotovoltaico comprende un primer y un segundo electrodo y una capa fotosensible colocada entre el primer y el segundo electrodo, comprendiendo la capa fotosensible nodos de nanocluster y nanopartfculas de carbono dispuestas en una matriz polimerica conjugada, en la que las nanopartfculas de carbono estan substancialmente separadas de fase de la matriz polimerica conjugada formando estructuras laminares de nanofibrillas de carbono que se extienden radialmente desde los nodos de nanocluster.In another aspect, photovoltaic devices are described here. A photovoltaic apparatus comprises a first and a second electrode and a photosensitive layer placed between the first and the second electrode, the photosensitive layer comprising nanocluster nodes and carbon nanoparticles disposed in a conjugated polymeric matrix, in which the carbon nanoparticles are substantially phase separated from the conjugated polymer matrix forming laminar structures of carbon nanofibrils that extend radially from the nanocluster nodes.

Volviendo ahora a los componentes espedficos, el aparato fotovoltaico comprende un primer y un segundo electrodo. El primer y segundo electrodo puede estar formado de cualquier material conductor de electricidad que no sea incompatible con los objetivos de la presente invencion. El primer y segundo electrodo, por ejemplo, puede estar formado de metal o aleacion, incluyendo aluminio o metales de transicion o aleaciones. En algunas realizaciones, uno o ambos de los electrodos primero y segundo son transmisores de radiacion. Un electrodo transmisor de radiacion puede estar formado por un oxido conductor transmisor de la radiacion. Los oxidos conductores transmisores de radiacion, en algunas realizaciones, pueden comprender oxido de indio y estano (ITO), oxido de galio-indio-estano (GITO) u oxido de cinc-indio-estano (ZITO). En otra realizacion, un electrodo transmisor de radiacion puede comprender un material polimerico transmisor de radiacion tal como polianilina (PANI) y sus parientes qrnmicos. En algunas realizaciones, el 3,4-polietilendioxitiofeno (PEDOT) puede ser un material polimerico transmisor de radiacion apropiado para el primer y/o segundo electrodo. En otras realizaciones, un electrodo transmisor de radiacion puede comprender una capa de metal o de nanotubos de carbono que tiene un grosor que funciona para dejar pasar por lo menos parcialmente la radiacion electromagnetica visible.Turning now to the specific components, the photovoltaic apparatus comprises a first and a second electrode. The first and second electrode may be formed of any electrically conductive material that is not incompatible with the objectives of the present invention. The first and second electrode, for example, may be formed of metal or alloy, including aluminum or transition metals or alloys. In some embodiments, one or both of the first and second electrodes are radiation transmitters. A radiation transmitting electrode may be formed by a conductive radiation transmitting oxide. The radiation transmitting conductive oxides, in some embodiments, may comprise indium tin oxide (ITO), gallium indium stannous oxide (GITO) or zinc indium tin oxide (ZITO). In another embodiment, a radiation transmitting electrode may comprise a radiation transmitting polymeric material such as polyaniline (PANI) and its chemical relatives. In some embodiments, 3,4-polyethylenedioxythiophene (PEDOT) may be a polymeric radiation transmitting material suitable for the first and / or second electrode. In other embodiments, a radiation transmitting electrode may comprise a metal or carbon nanotube layer having a thickness that functions to at least partially allow visible electromagnetic radiation to pass through.

Ademas del primer y un segundo electrodo, el aparato fotovoltaico descrito aqrn comprende una capa fotosensible que comprende nodos de nanocluster y nanopartfculas de carbono dispuestas en una matriz polimerica conjugada, en la que las nanopartfculas de carbono estan substancialmente separadas de fase de la matriz polimerica conjugada formando estructuras laminares de nanofibrillas de carbono que se extienden radialmente desde los nodos de nanocluster. Los componentes de la capa fotosensible, que incluyen los nodos de nanocluster, matriz polimerica conjugada y nanopartfculas de carbono, pueden tener parametros de composicion y/o propiedadesIn addition to the first and a second electrode, the photovoltaic apparatus described herein comprises a photosensitive layer comprising nanocluster nodes and carbon nanoparticles arranged in a conjugated polymer matrix, in which the carbon nanoparticles are substantially separated from the phase of the conjugated polymer matrix. forming laminar structures of carbon nanofibrils that extend radially from the nanocluster nodes. The components of the photosensitive layer, which include the nanocluster nodes, conjugated polymer matrix and carbon nanoparticles, can have composition parameters and / or properties

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descritas para los mismos en la Seccion I anterior. Ademas, las nanofibrillas de carbono formadas por separacion de fases de las nanopartfculas de carbono de la matriz polimerica conjugada pueden tener cualquiera de las propiedades descritas en la Seccion I.described for them in Section I above. In addition, carbon nanofibrils formed by phase separation of the carbon nanoparticles of the conjugated polymeric matrix may have any of the properties described in Section I.

La matriz polimerica conjugada de la capa fotosensible puede mostrar varios perfiles de absorcion de radiacion electromagnetica. El polfmero conjugado, por ejemplo, se puede seleccionar para que tenga maximos de absorcion en la region visible del espectro electromagnetico. En algunas realizaciones, el polfmero conjugado tambien puede absorber longitudes de onda en las regiones ultravioleta y/o infrarroja del espectro. Los excitones se generan en la capa fotosensible por absorcion de radiacion por la fase polimerica conjugada. Ademas, la disociacion de excitones se puede precipitar en heterouniones formadas entre la matriz polimerica conjugada y las nanofibrillas de carbono de la capa fotosensible. La matriz polimerica conjugada, por ejemplo, sirve como material donante y las nanofibrillas de carbono sirven como material aceptor, formando de este modo heterouniones que funcionan para la separacion de excitones en agujeros y electrones.The conjugated polymeric matrix of the photosensitive layer can show various absorption profiles of electromagnetic radiation. The conjugated polymer, for example, can be selected to have maximum absorption in the visible region of the electromagnetic spectrum. In some embodiments, the conjugated polymer can also absorb wavelengths in the ultraviolet and / or infrared regions of the spectrum. The excitons are generated in the photosensitive layer by radiation absorption by the conjugated polymeric phase. In addition, exciton dissociation can be precipitated into heterojunctions formed between the conjugated polymer matrix and the carbon nanofibrils of the photosensitive layer. The conjugated polymer matrix, for example, serves as a donor material and carbon nanofibrils serve as an acceptor material, thereby forming heterojunctions that function for the separation of excitons into holes and electrons.

Dada su estructura a grandes distancias, las nanofibrillas de carbono de la capa fotosensible facilitan el transporte de carga, mejorando por ello la recogida de carga y la eficiencia del aparato fotovoltaico. Ademas, la capa fotosensible se puede hacer mas gruesa para obtener caractensticas de absorcion mejoradas debido a la estructura extendida de las nanofibrillas de carbono. Por ejemplo, la capa fotosensible puede tener un grosor de 200 nm a 1 pm. En algunas realizaciones, la capa organica fotosensible tiene un grosor superior a 1 pm.Given its structure over long distances, the carbon nanofibrils of the photosensitive layer facilitate the transport of cargo, thereby improving the collection of charge and the efficiency of the photovoltaic apparatus. In addition, the photosensitive layer can be made thicker to obtain improved absorption characteristics due to the extended structure of carbon nanofibrils. For example, the photosensitive layer may have a thickness of 200 nm at 1 pm. In some embodiments, the photosensitive organic layer has a thickness greater than 1 pm.

El aparato fotovoltaico descrito aqrn puede comprender adicionalmente capas adicionales tales como una o mas capas de bloqueo de excitones. Una capa de bloqueo de excitones (EBL) puede actuar para confinar excitones fotogenerados en la region cerca de la interfase de disociacion y prevenir el enfriamiento parasito de excitones en una interfase fotosensible capa/electrodo. Ademas de limitar el camino sobre el que se pueden difundir los excitones, una EBL puede actuar adicionalmente como una barrera de difusion para substancias introducidas durante la deposicion de los electrodos. En algunas realizaciones, una EBL puede tener un grosor suficiente para llenar orificios o defectos de cortocircuito que de otro modo podnan hacer inoperable un dispositivo fotovoltaico organico.The photovoltaic apparatus described herein may additionally comprise additional layers such as one or more exciton blocking layers. An exciton blocking layer (EBL) can act to confine photogenerated excitons in the region near the dissociation interface and prevent parasitic cooling of excitons at a photosensitive layer / electrode interface. In addition to limiting the path on which excitons can diffuse, an EBL can additionally act as a diffusion barrier for substances introduced during electrode deposition. In some embodiments, an EBL may be thick enough to fill holes or short circuit defects that would otherwise render an organic photovoltaic device inoperable.

Una EBL puede comprender un material polimerico tal como polietilenodioxitiofeno-poliestirenosulfonato (PEDOT:PSS). Alternativamente, una EBL puede comprender un material de composite. Por ejemplo, una EBL puede comprender nanopartfculas de carbono dispersas en 3,4-polietilenodioxitiofeno:poliestirenosulfonato (PEDOT:PSS). En otra realizacion, una EBL comprende nanopartfculas de carbono dispersas en poli(cloruro de vinilideno) y/o sus copolfmeros. En realizaciones adicionales, las EBL pueden comprender cualquier polfmero que tenga una energfa de funcion de trabajo operable para permitir el transporte de agujeros mientras impide el paso de electrones. En algunas realizaciones, una EBL puede estar dispuesta entre el anodo y la capa fotosensible del aparato fotovoltaico.An EBL may comprise a polymeric material such as polyethylenedioxythiophene-polystyrene sulfonate (PEDOT: PSS). Alternatively, an EBL may comprise a composite material. For example, an EBL may comprise carbon nanoparticles dispersed in 3,4-polyethylenedioxythiophene: polystyrene sulfonate (PEDOT: PSS). In another embodiment, an EBL comprises carbon nanoparticles dispersed in polyvinylidene chloride and / or its copolymers. In further embodiments, the EBLs may comprise any polymer having an operable work function energy to allow the transport of holes while preventing the passage of electrons. In some embodiments, an EBL may be disposed between the anode and the photosensitive layer of the photovoltaic apparatus.

Adicionalmente, se puede introducir una o mas capas de oxido metalico en la arquitectura fotovoltaica. Por ejemplo, se puede colocar una capa de Li2O y/o MoO3 entre la capa fotosensible y el catodo. Alternativamente, se puede colocar una capa de LiF entre la capa fotosensible y el catodo.Additionally, one or more layers of metal oxide can be introduced into the photovoltaic architecture. For example, a layer of Li2O and / or MoO3 can be placed between the photosensitive layer and the cathode. Alternatively, a layer of LiF can be placed between the photosensitive layer and the cathode.

Los electrodos del aparato fotovoltaico, en algunas realizaciones, pueden servir como soporte(s) para la capa fotosensible. Alternativamente, la construccion fotovoltaica puede estar soportada por un substrato externo. Los substratos externos apropiados pueden ser planos o curvos. En algunas realizaciones, un substrato de soporte externo comprende una lamina plana de vidrio o plastico. Ademas, un substrato externo puede tener una geometna cilmdrica. Un substrato cilmdrico puede ser un tubo o fibra, tal como una fibra optica. En realizaciones en las que el soporte es una fibra optica, la radiacion electromagnetica se puede suministrar a la capa fotosensible desde el interior de la fibra y/o lados de la fibra. En construcciones tubulares, se pueden hacer fluir varios lfquidos a traves del interior del tubo para la recogida de energfa termica. La fibra optica y los substratos tubulares se describen con mayor detalle en los numeros de serie de solicitud de patente estadounidense 12/298.942 y 13/880.310, respectivamente.The electrodes of the photovoltaic apparatus, in some embodiments, can serve as support (s) for the photosensitive layer. Alternatively, the photovoltaic construction may be supported by an external substrate. Appropriate external substrates can be flat or curved. In some embodiments, an external support substrate comprises a flat sheet of glass or plastic. In addition, an external substrate may have a cylindrical geometry. A cylindrical substrate can be a tube or fiber, such as an optical fiber. In embodiments where the support is an optical fiber, electromagnetic radiation can be supplied to the photosensitive layer from inside the fiber and / or fiber sides. In tubular constructions, several liquids can be flowed through the interior of the tube for the collection of thermal energy. Optical fiber and tubular substrates are described in greater detail in US patent application serial numbers 12 / 298,942 and 13 / 880,310, respectively.

Como se describe aqrn, las nanofibrillas de carbono pueden proporcionar caminos mejorados para la separacion y recogida de excitones en aparatos fotovoltaicos, logrando asf eficiencias mejoradas. Por ejemplo, un aparato fotovoltaico descrito aqrn, en algunas realizaciones, puede mostrar una eficiencia cuantica externa (EQE) mayor de 20% a una o mas longitudes de onda en el espectro visible. En algunas realizaciones, un aparato fotovoltaico descrito aqrn muestra EQE de 20-25% a una o mas longitudes de onda mas en el espectro visible.As described here, carbon nanofibrils can provide improved paths for the separation and collection of excitons in photovoltaic devices, thus achieving improved efficiencies. For example, a photovoltaic apparatus described here, in some embodiments, may show an external quantum efficiency (EQE) greater than 20% at one or more wavelengths in the visible spectrum. In some embodiments, a photovoltaic apparatus described here shows EQE of 20-25% at one or more other wavelengths in the visible spectrum.

III. Metodos de produccion de capas compuestasIII. Production methods of composite layers

En un aspecto adicional, se describen aqrn metodos para producir capas de composite. Un metodo de produccion de una capa de composite comprende la mezcla de nanopartfculas inorganicas, fase polimerica conjugada y nanopartfculas de carbono en un disolvente organico, la agregacion de nanopartfculas inorganicas en la fase polimerica conjugada para proporcionar nodos de nanocluster y la separacion de fase de las nanopartfculas de carbono de la fase polimerica conjugada en forma de estructuras laminares de nanofibrillas de carbono que se extienden radialmente desde los nodos de nanocluster durante la retirada del disolvente organico.In a further aspect, methods for producing composite layers are described. A method of producing a composite layer comprises the mixing of inorganic nanoparticles, conjugated polymeric phase and carbon nanoparticles in an organic solvent, the addition of inorganic nanoparticles in the conjugated polymeric phase to provide nanocluster nodes and the phase separation of the Carbon nanoparticles of the conjugated polymer phase in the form of laminar structures of carbon nanofibrils that extend radially from the nanocluster nodes during removal of the organic solvent.

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Los componentes de los metodos descritos aqm, que incluyen las nanopartfculas inorganicas, la fase polimerica conjugada y las nanopartroulas de carbono, pueden tener parametros de composicion y/o propiedades descritas para los mismos en la Seccion I anterior. Por ejemplo, las nanopartfculas inorganicas pueden comprender nanopartfculas de oxido de metal de transicion mientras que la fase polimerica conjugada esta formada por un politiofeno listado en la Tabla I anterior, y las nanopartfculas de carbono pueden comprender fullerenos o derivados de fullereno. Ademas, las nanofibrillas formadas por separacion de fases de las nanopartfculas de carbono de la fase polimerica conjugada pueden tener cualquiera de las propiedades descritas en la presente Seccion I.The components of the methods described herein, which include the inorganic nanoparticles, the conjugated polymeric phase and the carbon nanoparticles, may have composition parameters and / or properties described therein in Section I above. For example, inorganic nanoparticles may comprise transition metal oxide nanoparticles while the conjugated polymeric phase is formed by a polythiophene listed in Table I above, and carbon nanoparticles may comprise fullerenes or fullerene derivatives. In addition, the nanofibrils formed by phase separation of the carbon nanoparticles of the conjugated polymeric phase may have any of the properties described in this Section I.

Como se discute adicionalmente aqm, el grosor de las nanofibrillas de carbono separadas de fase se puede alterar dependiendo de diversas condiciones de procesado, incluyendo la velocidad de retirada del disolvente organico. Por ejemplo, el grosor de nanofibrilla puede ser inversamente proporcional a la velocidad de retirada del disolvente que proporciona la capacidad de adaptar arquitecturas separadas de fase de la capa de composite. La velocidad de retirada del disolvente se puede variar usando disolventes organicos de diferente presion de vapor y/o el uso de diferentes temperaturas de secado. En algunas realizaciones, el(los) aditivo(s) se puede(n) combinar con disolvente organico para alterar la presion de vapor del disolvente, produciendo la deseada velocidad de secado y morfologfa de nanofibrilla.As discussed further here, the thickness of the phase separated carbon nanofibrils can be altered depending on various processing conditions, including the rate of removal of the organic solvent. For example, the thickness of nanofiber can be inversely proportional to the speed of solvent removal that provides the ability to adapt separate phase architectures of the composite layer. The solvent removal rate can be varied using organic solvents of different vapor pressure and / or the use of different drying temperatures. In some embodiments, the additive (s) can be combined with organic solvent to alter the vapor pressure of the solvent, producing the desired drying speed and nanofibril morphology.

Estas y otras realizaciones se ilustran adicionalmente mediante los siguientes ejemplos no limitantes.These and other embodiments are further illustrated by the following non-limiting examples.

Ejemplo 1 - Capa de compositeExample 1 - Composite Layer

Se formo una capa de composite proporcionando una mezcla de nanopartfculas de oxido de zinc (ZnO) (10-20 nm), PCBM y polfmero conjugado de poli[4,4-didodecilpentaleno[1,2-b]ditiofeno-co-5-octilo-5H-tieno[3,4-c]pirrol-4,6-diona en clorobenceno como disolvente. El polfmero conjugado y PCBM estaban presentes en la mezcla con una relacion de 1:1 (polfmero:PCBM). Ademas, las nanopartfculas de ZnO estaban presentes en una cantidad suficiente para conseguir alrededor de un 1,5% en peso de carga en la capa de composite final. La mezcla se deposito sobre un substrato de rejilla de cobre por moldeo por centrifugacion, y el disolvente clorobenceno se elimino por secado.A composite layer was formed providing a mixture of zinc oxide (ZnO) nanoparticles (10-20 nm), PCBM and conjugated polymer of poly [4,4-didodecylpentalene [1,2-b] dithiophene-co-5- Octyl-5H-thieno [3,4-c] pyrrole-4,6-dione in chlorobenzene as solvent. The conjugated polymer and PCBM were present in the mixture with a ratio of 1: 1 (polymer: PCBM). In addition, the ZnO nanoparticles were present in an amount sufficient to achieve about 1.5% by weight of charge in the final composite layer. The mixture was deposited on a copper grid substrate by centrifugal molding, and the chlorobenzene solvent was removed by drying.

La capa de composite resultante se ilustra en la vista de la seccion por TEM de la Figura 1. Como se ilustra en la Figura 1, la seccion (10) de capa de composite comprende un cluster (11) de nanopartfculas y estructuras laminares de nanofibrillas (12) de carbono y nanofibrillas (13) de polfmero conjugado que se extienden radialmente desde el cluster (11) de nanopartfculas. En la realizacion de la Figura 1, las nanofibrillas (12) de carbono estan formadas por una fase de fullereno conjugado 1-(3-metoxicarbonil)propil-1-fenil-(6,6)C61, (PCBM) separadas de fase de las nanofibrillas (13) de la matriz de poli[4,4-didodecilpentaleno[1,2-b]ditiofeno-co-5-octil-5H-tieno[3,4-c]pirrol-4,6-diona. Las nanofibrillas (12) de carbono se extienden hacia fuera desde el nanocluster (11) distancias bastante superiores a 500 nm.The resulting composite layer is illustrated in the view of the TEM section of Figure 1. As illustrated in Figure 1, the composite layer section (10) comprises a cluster (11) of nanoparticles and nanofiber laminar structures (12) carbon and nanofibrils (13) of conjugated polymer that extend radially from the cluster (11) of nanoparticles. In the embodiment of Figure 1, the carbon nanofibrils (12) are formed by a conjugated fullerene phase 1- (3-methoxycarbonyl) propyl-1-phenyl- (6.6) C61, (PCBM) separated from the phase of the nanofibrils (13) of the matrix of poly [4,4-didodecylpentalene [1,2-b] dithiophene-co-5-octyl-5H-thieno [3,4-c] pyrrole-4,6-dione. The carbon nanofibrils (12) extend outward from the nanocluster (11) distances well above 500 nm.

Se produjo una capa comparativa de una manera substancialmente identica, siendo la diferencia la ausencia de nanopartfculas de ZnO en la mezcla. Como se muestra en la Figura 2, la capa resultante no mostro ninguna arquitectura espedfica de fases separadas y se asemejaba a pelfculas organicas anteriores que incorporan PCBM.A comparative layer was produced in a substantially identical manner, the difference being the absence of ZnO nanoparticles in the mixture. As shown in Figure 2, the resulting layer showed no specific architecture of separate phases and resembled previous organic films incorporating PCBM.

Ejemplo 2 - Capa de compositeExample 2 - Composite Layer

Se formo una capa de composite segun el protocolo del Ejemplo 1, siendo la diferencia que las nanopartfculas de ZnO estaban presentes en una cantidad suficiente para conseguir alrededor de un 0,75% en peso de carga en la capa de composite final. Las Figuras 9(a) y 9(b) son imagenes de TEM de una seccion de la capa de composite resultante con aumentos diferentes. La barra de escala en la Figura 9(a) es de 500 nm, y la barra de escala en la Figura 9(b) es de 2 pm. Como se ilustra en la Figura 9(b), las nanofibrillas de carbono se extienden desde el cluster de nanopartfculas de ZnO distancias del orden de micrometros. A efectos comparativos, se preparo una capa de composite segun el Ejemplo 1, en la que no se emplearon nanopartfculas de ZnO. La ausencia de las nanopartfculas de ZnO impedfa la formacion de estructuras de laminillas como se muestra en la TEM de la Figura 9(c).A composite layer was formed according to the protocol of Example 1, the difference being that ZnO nanoparticles were present in an amount sufficient to achieve about 0.75% by weight of charge in the final composite layer. Figures 9 (a) and 9 (b) are TEM images of a section of the resulting composite layer with different magnifications. The scale bar in Figure 9 (a) is 500 nm, and the scale bar in Figure 9 (b) is 2 pm. As illustrated in Figure 9 (b), carbon nanofibrils extend from the cluster of ZnO nanoparticles distances of the order of micrometers. For comparison purposes, a composite layer was prepared according to Example 1, in which ZnO nanoparticles were not used. The absence of ZnO nanoparticles prevented the formation of lamella structures as shown in the TEM of Figure 9 (c).

Ejemplo 3 - Capa de compositeExample 3 - Composite Layer

Se formo una capa de composite segun el protocolo del Ejemplo 1, siendo la diferencia que las nanopartfculas de ZnO se reemplazaron con nanopartfculas de TiO2 (10-20 nm). La capa de composite resultante mostro estructuras laminares de nanofibrillas de carbono que se extienden radialmente desde nodos de nanocluster, similares a las mostradas en la Figura 1.A composite layer was formed according to the protocol of Example 1, the difference being that the ZnO nanoparticles were replaced with TiO2 nanoparticles (10-20 nm). The resulting composite layer showed laminar structures of carbon nanofibrils that extend radially from nanocluster nodes, similar to those shown in Figure 1.

Ejemplo 4 - Carga de PCBM en la capa de compositeExample 4 - Loading of PCBM in the composite layer

Se produjeron capas 3-6 de composite segun el Ejemplo 1, en las que se incremento la carga de PCBM en la capa de composite para proporcionar las relaciones polfmero conjugado:PCBM de la Tabla III.Composite layers 3-6 were produced according to Example 1, in which the load of PCBM in the composite layer was increased to provide the conjugated polymer ratios: PCBM of Table III.

TABLA III - Relaciones poKmero de la capa de composite:PCBM.TABLE III - Poor relationships of the composite layer: PCBM.

Capa de composite  Composite layer
Relacion polfmero conjugado:PCBM Figura  Polymer conjugate ratio: PCBM Figure

3  3
1:1 3(a)  1: 1 3 (a)

4  4
1:2 3(b)  1: 2 3 (b)

5  5
1:3 3(c)  1: 3 3 (c)

6  6
1:4 3(d)  1: 4 3 (d)

Como se ilustra en las Figuras 3(a)-(d), las nanofibrillas de carbono separadas de fase se forman facilmente a 5 relaciones de 1:1 y 1:2. A relaciones mas altas de 1:3 y 1:4, el PCBM comienza a cristalizar en grandes clusteres perdiendo la morfologfa de las nanofibrillas proximas a los nanoclusteres. Se observo, sin embargo, que para una relacion de 1:4, la morfologfa de nanofibrillas se restablecio en regiones distantes de los nodos de nanoclusteres [Figura 3(d)].As illustrated in Figures 3 (a) - (d), phase separated carbon nanofibrils are easily formed at 5 ratios of 1: 1 and 1: 2. At higher ratios of 1: 3 and 1: 4, the PCBM begins to crystallize in large clusters losing the morphology of the nanofibrils near the nanoclusters. It was observed, however, that for a 1: 4 ratio, the nanofibril morphology was restored in regions distant from the nanocluster nodes [Figure 3 (d)].

Ejemplo 5 - Carga de nanopartfculas inorganicas en la capa de compositeExample 5 - Loading of inorganic nanoparticles in the composite layer

10 Se produjeron capas 7-9 de composite segun el Ejemplo 1, en las que la carga de las nanopartfculas de ZnO vario segun la Tabla IV, y la relacion de polfmero conjugado:PCBM se mantuvo constante a 1:2 para cada capa de composite.10 Composite layers 7-9 were produced according to Example 1, in which the loading of the ZnO nanoparticles varied according to Table IV, and the ratio of conjugated polymer: PCBM was kept constant at 1: 2 for each composite layer .

Tabla IV - Cargas de nanopartfculas inorganicas de la capa de compositeTable IV - Loads of inorganic nanoparticles of the composite layer

Capa de composite  Composite layer
Carga de nanopartfculas de ZnO (% en peso) Figura  ZnO nanoparticle load (% by weight) Figure

7  7
5 4(a)  5 4 (a)

8  8
2,5 4(b)  2.5 4 (b)

9  9
1,2 4(c)  1.2 4 (c)

15 Como se ilustra en las Figuras 4 (a)-(c), la carga aumentada de nanopartfculas de ZnO incremento el tamano de nanocluster, lo que contribuyo a la distribucion de grosor de polfmero conjugado/nanofibrilla de carbono como se proporciona en la Figura 5. Como se proporciona en la Figura 5, el tamano de partfcula del nanocluster variaba de 148 nm a 799 nm. Un estudio estadfstico del grosor de polfmero conjugado/nanofibrilla de PCBM que se extiende desde diferentes tamanos de nodo de nanocluster indicaba que las muestras de fibrillas mostraban una distribucion 20 gaussiana tfpica de un proceso de camino aleatorio. Los nanoclusteres mas pequenos, por ejemplo, produjeron nanofibrillas de grosor reducido (por ejemplo, 10 nm) mientras que los nanoclusteres mas grandes produjeron nanofibrillas tienen un grosor de hasta 25 nm.As illustrated in Figures 4 (a) - (c), the increased loading of ZnO nanoparticles increased the nanocluster size, which contributed to the thickness distribution of conjugated polymer / carbon nanofibril as provided in Figure 5. As provided in Figure 5, the particle size of the nanocluster varied from 148 nm to 799 nm. A statistical study of the thickness of conjugated polymer / nanofibril of PCBM extending from different nanocluster node sizes indicated that the fibril samples showed a typical Gaussian distribution of a random path process. Smaller nanoclusters, for example, produced nanofibrils of reduced thickness (for example, 10 nm) while larger nanoclusters produced nanofibrils are up to 25 nm thick.

Ejemplo 6 - Velocidad de retirada de disolventeExample 6 - Solvent removal rate

Se produjeron capas 10-13 de composite segun el Ejemplo 1, siendo la diferencia la alteracion del disolvente CB 25 como se detalla en la Tabla V.Composite layers 10-13 were produced according to Example 1, the difference being the alteration of the CB 25 solvent as detailed in Table V.

TABLA V - Parametros de composicion del disolventeTABLE V - Solvent composition parameters

Capa de composite  Composite layer
Composicion del disolvente organico Figura  Organic solvent composition Figure

10  10
1,2-diclorobenceno (DCB)/clorobenceno (CB) 6(a)  1,2-dichlorobenzene (DCB) / chlorobenzene (CB) 6 (a)

11  eleven
DCB/CB y 1% en volumen de 1-cloronaftaleno (CN) 6(b)  DCB / CB and 1% by volume of 1-chloronaphthalene (CN) 6 (b)

12  12
DCB/CB y 2% en volumen de CN 6(c)  DCB / CB and 2% by volume of CN 6 (c)

13  13
DCB/CB y 6% en volumen de CN 6(d)  DCB / CB and 6% by volume of CN 6 (d)

Como se muestra en el histograma de la Figura 7, la desviacion estandar de los cuatro sistemas de disolvente organico era similar a juzgar por la forma de las curvas. Sin embargo, el valor esperado se desplaza de 10-12 nmAs shown in the histogram of Figure 7, the standard deviation of the four organic solvent systems was similar to judging by the shape of the curves. However, the expected value shifts from 10-12 nm

para el disolvente DCB/CB de la forma de moldeo por centrifugacion de pelfcula de secado rapido a 14-15 nm para las capas de composite moldeadas en DCB/CB/2% en volumen de CN y hasta 16-18 nm para capas de composiste moldeadas en DCB/CB/6% en volumen de CN.for the DCB / CB solvent of the centrifugal molding form of fast-drying film at 14-15 nm for composite layers molded in DCB / CB / 2% by volume of CN and up to 16-18 nm for composite layers molded in DCB / CB / 6% by volume of CN.

Ejemplo 7 - Aparato fotovoltaicoExample 7 - Photovoltaic device

5 Los aparatos fotovoltaicos que tienen la construccion listada en la Tabla VI se construyeron sobre substratos ITO. Se depositaron EBLs de PEDOT:PSS sobre substratos de ITO por moldeo por centrifugacion hasta un grosor de alrededor de 80 nm. Las capas fotosensibles producidas segun el Ejemplo 1 se depositaron sobre las EBLs por moldeo por centrifugacion hasta un grosor de 1O0 nm. El polfmero conjugado de las capas fotosensibles era poli[4,4- didodecilpentaleno[1,2-b]ditiofeno-co-5-octil-5H-tieno[3,4-c]pirrol-4,6-diona (PI) y las nanopartfculas de carbono eran 10 de PCBM. La relacion de P1:PCBM era 1:2. Si estan presentes, las nanopartfculas inorganicas que forman nanoclusteres eran ZnO. Se deposito MoO3 y Al sobre la capa fotosensible.5 Photovoltaic devices that have the construction listed in Table VI were built on ITO substrates. PEDOT: PSS EBLs were deposited on ITO substrates by centrifugal molding to a thickness of about 80 nm. The photosensitive layers produced according to Example 1 were deposited on the EBLs by centrifugal molding to a thickness of 1O0 nm. The conjugated polymer of the photosensitive layers was poly [4,4-didodecylpentalene [1,2-b] dithiophene-co-5-octyl-5H-thieno [3,4-c] pyrrole-4,6-dione (PI) and the carbon nanoparticles were 10 PCBM. The ratio of P1: PCBM was 1: 2. If present, the inorganic nanoparticles that form nanoclusters were ZnO. MoO3 and Al were deposited on the photosensitive layer.

Tabla VI - Construccion del aparato fotovoltaicoTable VI - Construction of the photovoltaic device

Aparato fotovoltaico  Photovoltaic device
Anodo EBL Capa fotosensible Capa de oxido metalico Catodo  EBL anode Photosensitive layer Metal oxide layer Catodo

1 (comparativo)  1 (comparative)
ITO PEDOT:PSS P1:PCBM (1:2) MoO3 Al  ITO PEDOT: PSS P1: PCBM (1: 2) MoO3 Al

2  2
ITO PEDOT:PSS P1:PCBM (1:2) y 0,1% en peso de nanopartfculas de ZnO MoO3 Al  ITO PEDOT: PSS P1: PCBM (1: 2) and 0.1% by weight of ZnO MoO3 Al nanoparticles

3  3
ITO PEDOT:PSS P1:PCBM (1:2) y 0,3% en peso de nanopartfculas de ZnO MoO3 Al  ITO PEDOT: PSS P1: PCBM (1: 2) and 0.3% by weight of ZnO MoO3 Al nanoparticles

4  4
ITO PEDOT:PSS P1:PCBM (1:2) y 0,6% en peso de nanopartfculas de ZnO MoO3 Al  ITO PEDOT: PSS P1: PCBM (1: 2) and 0.6% by weight of ZnO MoO3 Al nanoparticles

5  5
ITO PEDOT:PSS P1:PCBM (1:2) y 1,2% en peso de nanopartfculas de ZnO MoO3 Al  ITO PEDOT: PSS P1: PCBM (1: 2) and 1.2% by weight of ZnO MoO3 Al nanoparticles

6  6
ITO PEDOT:PSS P1:PCBM (1:2) y 2,5% en peso de nanopartfculas de ZnO MoO3 Al  ITO PEDOT: PSS P1: PCBM (1: 2) and 2.5% by weight of ZnO MoO3 Al nanoparticles

El aparato fotovoltaico de la Tabla VI fue subsecuentemente probado para determinar la densidad de corriente, EQE 15 e IQE despues de la exposicion a la radiacion en la region visible del espectro electromagnetico. Los resultados se proporcionan en las Figuras 8(a)-(d). Como se ilustra en las Figuras 8(a) y (b), las densidades de corriente para aparatos fotovoltaicos que emplean capas de composite aqrn descritas que comprenden estructuras laminares de fases separadas de nanofibrillas de carbono son substancialmente mas altas que el aparato fotovoltaico comparativo de capa fotosensible P1:PCBM. Ademas, el EQE y el IQE para el aparato fotovoltaico que emplea capas de 20 composite descritas aqrn son un 20-92% mas altos que el aparato fotovoltaico comparativo.The photovoltaic apparatus of Table VI was subsequently tested to determine the current density, EQE 15 and IQE after exposure to radiation in the visible region of the electromagnetic spectrum. The results are provided in Figures 8 (a) - (d). As illustrated in Figures 8 (a) and (b), the current densities for photovoltaic devices employing composite layers described herein comprising separate phase laminar structures of carbon nanofibrils are substantially higher than the comparative photovoltaic apparatus of P1 photosensitive layer: PCBM. In addition, the EQE and the IQE for the photovoltaic device that uses composite layers described here are 20-92% higher than the comparative photovoltaic device.

Ejemplo 8 - Aparato fotovoltaicoExample 8 - Photovoltaic device

Se produjeron aparatos fotovoltaicos que tienen la construccion de la Tabla VI, siendo la diferencia que el polfmero conjugado de la capa fotosensible se cambio a poli[4,8-bis(1-pentilhexiloxi)-benzo[1,2-b:4,5-b0]ditiofeno-2,6-diil-alt- 2,1,3-benzoxadiazol-4,7-diilo. Los aparatos fotovoltaicos se probaron para determinar la densidad de corriente, EQE 25 e IQE despues de la exposicion a la radiacion en la region visible del espectro electromagnetico. Los resultados de la prueba fueron similares a los detallados en el Ejemplo 7.Photovoltaic devices were produced having the construction of Table VI, the difference being that the conjugated polymer of the photosensitive layer was changed to poly [4,8-bis (1-pentylhexyloxy) -benzo [1,2-b: 4, 5-b0] dithiophene-2,6-diyl-alt-2,1,3-benzoxadiazol-4,7-diyl. The photovoltaic devices were tested to determine the current density, EQE 25 and IQE after exposure to radiation in the visible region of the electromagnetic spectrum. The test results were similar to those detailed in Example 7.

Se han descrito varias realizaciones de la invencion en cumplimiento de los diversos objetivos de la invencion. Se debe reconocer que estas realizaciones son meramente ilustrativas de los principios de la presente invencion. Numerosas modificaciones y adaptaciones de los mismos seran facilmente evidentes para los expertos en la tecnica 30 sin apartarse del alcance de la invencion.Several embodiments of the invention have been described in compliance with the various objectives of the invention. It should be recognized that these embodiments are merely illustrative of the principles of the present invention. Numerous modifications and adaptations thereof will be readily apparent to those skilled in the art 30 without departing from the scope of the invention.

Claims (20)

55 1010 15fifteen 20twenty 2525 3030 3535 4040 45Four. Five REIVINDICACIONES 1. Una capa de composite que comprende:1. A composite layer comprising: nodos de nanocluster y nanopartfculas de carbono dispuestas en una matriz polimerica conjugada, en el que las nanopartfculas de carbono estan substancialmente separadas de fase de la matriz polimerica conjugada formando estructuras laminares de nanofibrillas de carbono que se extienden radialmente desde los nodos de nanocluster.nanocluster nodes and carbon nanoparticles arranged in a conjugated polymer matrix, in which the carbon nanoparticles are substantially separated from the phase of the conjugated polymer matrix forming laminar structures of carbon nanofibrils that extend radially from the nanocluster nodes. 2. La capa de composite de la reivindicacion 1, en la que las nanofibrillas de carbono tienen un grosor de 5-25 nm.2. The composite layer of claim 1, wherein the carbon nanofibrils are 5-25 nm thick. 3. La capa de composite de la reivindicacion 1, en la que las nanofibrillas de carbono se extienden radialmente una distancia de 500 nm a 5 pm desde los nodos de nanocluster.3. The composite layer of claim 1, wherein the carbon nanofibrils extend radially a distance of 500 nm to 5 pm from the nanocluster nodes. 4. La capa de composite de la reivindicacion 1, en la que las nanofibrillas de carbono se extienden radialmente una distancia de por lo menos 1 pm desde los nodos de nanocluster.4. The composite layer of claim 1, wherein the carbon nanofibrils extend radially a distance of at least 1 pm from the nanocluster nodes. 5. La capa de composite de la reivindicacion 1, en la que los nodos de nanocluster estan formados de un material que tiene una energfa superficial mayor que la de la matriz polimerica conjugada y nanopartfculas de carbono.5. The composite layer of claim 1, wherein the nanocluster nodes are formed of a material having a surface energy greater than that of the conjugated polymeric matrix and carbon nanoparticles. 6. La capa de composite de la reivindicacion 1, en la que los nodos de nanocluster estan formados de nanopartfculas inorganicas.6. The composite layer of claim 1, wherein the nanocluster nodes are formed of inorganic nanoparticles. 7. La capa de composite de la reivindicacion 5, en la que las nanopartfculas inorganicas comprenden nanopartfculas de metal u oxido metalico.7. The composite layer of claim 5, wherein the inorganic nanoparticles comprise metal nanoparticles or metal oxide. 8. La capa de composite de la reivindicacion 1, en la que los nodos de nanocluster tienen un diametro de 100500 nm.8. The composite layer of claim 1, wherein the nanocluster nodes have a diameter of 100500 nm. 9. La capa de composite de la reivindicacion 1, en la que las nanopartfculas de carbono y la matriz polimerica conjugada muestran una diferencia de energfas superficiales suficiente para inducir la separacion de fases en presencia de los nodos de nanocluster.9. The composite layer of claim 1, wherein the carbon nanoparticles and the conjugated polymer matrix show a sufficient surface energy difference to induce phase separation in the presence of the nanocluster nodes. 10. La capa de composite de la reivindicacion 1, en la que las nanopartfculas de carbono comprenden PCBM.10. The composite layer of claim 1, wherein the carbon nanoparticles comprise PCBM. 11. La capa de composite de la reivindicacion 1, en la que las nanopartfculas de carbono estan presentes en la capa en una cantidad suficiente para formar las nanofibrillas de carbono.11. The composite layer of claim 1, wherein the carbon nanoparticles are present in the layer in an amount sufficient to form the carbon nanofibrils. 12. La capa de composite de la reivindicacion 1, en la que las nanopartfculas de carbono estan presentes en una cantidad de 30-66 por ciento en peso de la capa de composite.12. The composite layer of claim 1, wherein the carbon nanoparticles are present in an amount of 30-66 percent by weight of the composite layer. 13. La capa de composite de la reivindicacion 1, en la que los nanoclusteres estan presentes en una cantidad de 0,5 a 5 por ciento en peso de la capa de composite.13. The composite layer of claim 1, wherein the nanoclusters are present in an amount of 0.5 to 5 percent by weight of the composite layer. 14. Un aparato fotovoltaico que comprende: primer y segundo electrodo; y14. A photovoltaic apparatus comprising: first and second electrode; Y una capa fotosensible colocada entre el primer y segundo electrodo, siendo la capa fotosensible una capa de composite segun la reivindicacion 1.a photosensitive layer placed between the first and second electrode, the photosensitive layer being a composite layer according to claim 1. 15. El aparato fotovoltaico de la reivindicacion 14, en el que la capa de composite es como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 2-8.15. The photovoltaic apparatus of claim 14, wherein the composite layer is as claimed in any of claims 2-8. 16. El aparato fotovoltaico de la reivindicacion 14, en el que la capa fotosensible tiene un grosor de 300 nm a 1 pm.16. The photovoltaic apparatus of claim 14, wherein the photosensitive layer is 300 nm thick at 1 pm. 17. Un metodo para producir una capa de composite segun la reivindicacion 1, que comprende:17. A method of producing a composite layer according to claim 1, comprising: mezclar nanopartfculas inorganicas, fase polimerica conjugada y nanopartfculas de carbono en un disolvente organico;mixing inorganic nanoparticles, conjugated polymeric phase and carbon nanoparticles in an organic solvent; agregar las nanopartfculas inorganicas en la fase polimerica conjugada para proporcionar nodos de nanocluster; yadding inorganic nanoparticles in the conjugated polymeric phase to provide nanocluster nodes; Y separar de fase las nanopartfculas de carbono de la fase polimerica conjugada en forma de estructuras laminares de nanofibrillas de carbono que se extienden radialmente desde los nodos de nanocluster durante la retirada del disolvente organico.phase-separating carbon nanoparticles from the conjugated polymeric phase in the form of laminar structures of carbon nanofibrils that extend radially from the nanocluster nodes during removal of the organic solvent. 18. El metodo de la reivindicacion 17, en el que la capa de composite producida es una capa de composite segun cualquiera de las reivindicaciones 3, 4, o 9.18. The method of claim 17, wherein the composite layer produced is a composite layer according to any one of claims 3, 4, or 9. 19. El metodo de la reivindicacion 17, en el que las nanopartfculas inorganicas comprenden metal u oxido metalico.19. The method of claim 17, wherein the inorganic nanoparticles comprise metal or metal oxide. 5 20. El metodo de la reivindicacion 17 que comprende adicionalmente alterar el grosor de las nanofibrillas deThe method of claim 17 further comprising altering the thickness of the nanofibrils of carbono alterando la velocidad de retirada del disolvente organico.carbon altering the removal rate of organic solvent. 21. El metodo de la reivindicacion 20, en el que el grosor de las nanofibrillas de carbono es inversamente proporcional a la velocidad de retirada del disolvente organico.21. The method of claim 20, wherein the thickness of the carbon nanofibrils is inversely proportional to the rate of removal of the organic solvent.
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